本發明涉及一種監測深水鉆井液侵入過程水合物儲層物性變化的裝置，包括：井筒?水合物儲層耦合傳熱傳質單元以及鉆井液循環單元；井筒?水合物儲層耦合傳熱傳質單元通過填砂壓實的方法模擬儲層結構，為多孔介質中水合物的生成、分解與再生成提供反應場所，并利用包括溫壓傳感、電阻抗傳感、超聲波監測、TDR監測以及核磁共振追蹤同位素在內的多種監測手段，實時記錄儲層內不同位置的物性參數變化；鉆井液循環單元用于模擬不同鉆進參數的鉆井液循環；該裝置可以模擬不同水深條件下的水合物儲層，在鉆井液侵入過程中，監測井筒?儲層傳熱傳質時儲層內部溫度、壓力、電阻抗的變化和分解流體、原始固相水合物等物質的遷移規律。

技術領域

本發明屬于石油天然氣開發領域，具體地，涉及一種監測深水鉆井液侵入過程水合物儲層物性變化的裝置，用于觀察和分析不同條件下鉆井液侵入水合物儲層的內部行為動態變化，從而總結歸納出相應的規律。

背景技術

水合物是一種籠型結構絡合物，通常由小分子烴(如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷等)和水分子組成。其具有儲量豐富、分布廣泛、能量密度高以及燃燒后污染小等優點，被視為未來能夠代替傳統化石燃料的清潔能源，受到了世界各國的追捧與關注。許多國家都已先后開展了天然氣水合物試采項目，但目前只有前蘇聯在麥索亞哈氣田的試采具有可觀的商業效益。

自然界中的天然氣水合物主要賦存在深水地層以及大陸架凍土層中。極端惡劣的環境給開采工程帶來了種種困難，對技術人員和配套設備提出了更高的要求。除了風暴、地震以及風浪流等因素的影響，水合物自身對溫度、壓力的敏感性也是工程上需要克服的重大難題。水合物的分解與再生成往往會導致地層坍塌、井壁失穩、井涌井噴、管道堵塞等事故，影響正常生產，危害人員與設備的安全。

鉆井是開采地下能源的必要手段。當鉆井液在循環過程中侵入儲層時，會與儲層發生傳熱傳質。與常規儲層不同，水合物儲層在吸收一定能量后，溫度會逐漸上升直至超過水合物相平衡曲線，分解吸熱生成大量的氣和水。而生成的流體會在局部壓差作用下擴散，阻礙鉆井液向儲層深處流動，如果有合適的溫度壓力，還會重新生成水合物固體顆粒，改變儲層物性。該過程包含了鉆井液與儲層之間的相互作用，涉及到了多個變量參數，相對復雜。一旦控制不當，會引發一系列的地質災難，造成難以挽回的損失。

目前，國內外學者在水合物領域的實驗研究主要集中在模擬水合物的生成與分解，探究水合物不同環境下的相平衡條件。而水合物儲層內傳熱傳質的研究尚不成熟，對鉆井液侵入水合物儲層后的行為動態規律的認識更是近乎空白。

針對上述情況，有必要在室內設計一套能夠監測分析深水環境下鉆井液侵入過程中水合物儲層物性變化的裝置，通過改變鉆井液溫度、井筒壓力、儲層孔隙度、水合物飽和度等參數獲得相應的數據，以總結歸納出相應的規律，從而為深水鉆采水合物提供優化方案和預測風險的理論依據，保障現場作業的安全。

發明內容

為填補目前技術空白，本發明提供一種用于模擬深水環境下鉆井液侵入水合物儲層，并通過改變鉆井液溫度、井筒壓力、儲層孔隙度、水合物飽和度、儲層初始溫度和壓力等參數來分析相關規律的裝置，為深水鉆采水合物過程中避免鉆井液引發大規模水合物分解事故提供優化方案和預測風險的理論依據。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

監測深水鉆井液侵入過程水合物儲層物性變化的裝置，包括：井筒-水合物儲層耦合傳熱傳質單元以及鉆井液循環單元；井筒-水合物儲層耦合傳熱傳質單元通過填砂壓實的方法模擬儲層結構，為多孔介質中水合物的生成與鉆井液侵入條件下水合物的分解與再生成提供反應場所，并利用包括溫度壓力傳感、電阻抗傳感、超聲波監測、TDR監測以及核磁共振追蹤同位素在內的多種監測手段，實時記錄儲層內不同位置的物性參數變化；鉆井液循環單元用于模擬不同鉆進參數的鉆井液循環，并利用循環前后流量計之差計量侵入鉆井液量；該裝置可以模擬不同水深條件下的水合物儲層，遭受不同作業參數鉆井液侵入的情況，監測井筒-儲層傳熱傳質過程中，儲層內部溫度、壓力、電阻抗的變化和分解流體、原始固相水合物等特定物質的遷移規律。